第七章EMS能量管理系統(tǒng)

1、第七章 EMS能量管理系統(tǒng)第七章 EMS能量管理系統(tǒng)廠站設(shè)備信息采集與發(fā)送命令執(zhí)行信息接收命令下發(fā)信息傳輸信息處理調(diào)度自動(dòng)化 主站系統(tǒng)人機(jī)聯(lián)系一、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第七章 EMS能量管理系統(tǒng)SCADA/EMS/DTS一體化的分布式調(diào)度自動(dòng)化主站系統(tǒng)配置 第七章 EMS能量管理系統(tǒng) 能量管理系統(tǒng)EMSl 變電站自動(dòng)化l 配電管理系統(tǒng)（DMS）l 主站SCADA功能；l 自動(dòng)發(fā)電控制；l 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行功能；l 網(wǎng)絡(luò)分析功能；l 調(diào)度管理和計(jì)劃 第七章 EMS能量管理系統(tǒng)二、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì) SCADA系統(tǒng)采集的全網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存在下列明顯的缺點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)不齊全；（2）數(shù)據(jù)不精確；（3）受

2、干擾時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)；第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（一）狀態(tài)估計(jì) (State Estimation)根據(jù)SCADA提供的實(shí)時(shí)信息，給出電網(wǎng)內(nèi)各母線電壓(幅值和相角)和功率的估計(jì)值。為其他應(yīng)用功能提供電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)。 遙信及遙測(cè)初檢； 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯?量測(cè)系統(tǒng)可觀測(cè)性分析； 不良數(shù)據(jù)辨識(shí)； 母線負(fù)荷預(yù)報(bào)模型的維護(hù)； 變壓器分接頭估計(jì)； 量測(cè)誤差估計(jì)等功能。第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（二）狀態(tài)估計(jì)的基本原理利用實(shí)時(shí)量測(cè)系統(tǒng)的冗余度來(lái)消除或減小時(shí)變參數(shù)測(cè)量誤差和自動(dòng)排除隨機(jī)干擾所引起的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，估計(jì)出系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)中能夠表征系統(tǒng)特性所需的最小數(shù)目的變量稱(chēng)為狀態(tài)變量。系統(tǒng)中獨(dú)立測(cè)量量的數(shù)目與系

3、統(tǒng)狀態(tài)變量數(shù)目之比，稱(chēng)為測(cè)量系統(tǒng)的冗余度。一般要求測(cè)量系統(tǒng)的冗余度在1.53.0。第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（三）最小二乘估計(jì)法 對(duì)于某個(gè)狀態(tài)x的真值進(jìn)行測(cè)量時(shí)，一般都使儀表的測(cè)量值z(mì)與x之間是函數(shù)關(guān)系，即zh（x）。任何儀表都有誤差，設(shè)此誤差為v，那么測(cè)量值z(mì)與x之間的關(guān)系為： zh（x）v第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（三）最小二乘估計(jì)法 最小二乘估計(jì)狀態(tài)變量的估計(jì)值，對(duì)應(yīng)的估計(jì)值與測(cè)量值z(mì)之間的誤差平方最小。 kikixhzzzxJ1212)(min) (min) (第七章 EMS能量管理系統(tǒng) 加權(quán)最小二乘估計(jì)法 對(duì)于某些準(zhǔn)確度較高的量測(cè)量給與較高的權(quán)值。 VjkiRxhzxJ12)(min

4、) (2vjVjER Evj2-隨機(jī)量方差 第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（四）電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的模型及算法ijjiijjiiijGUUGUUYcBUQcossin)(2ijjiijjiiijBUUGUUGUPsincos2jiij狀態(tài)變量XiUjUij1。 輸電線路)()(jiiijUUjBGjYcUI對(duì)變壓器同樣可以列出狀態(tài)變量及與因變量的關(guān)系對(duì)變壓器同樣可以列出狀態(tài)變量及與因變量的關(guān)系第七章 EMS能量管理系統(tǒng)量測(cè)量： TiiiijijVQPQP,z2。 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的數(shù)學(xué)描述 狀態(tài)估計(jì)的量測(cè)量主要來(lái)源： SCADA的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 在量測(cè)不足之處使用預(yù)測(cè)及計(jì)劃型數(shù)據(jù)做偽量測(cè)量； 根據(jù)基爾霍夫

5、定律得到部分必須滿(mǎn)足的偽量測(cè)量。第七章 EMS能量管理系統(tǒng)電力系統(tǒng)加權(quán)最小二乘法狀態(tài)估計(jì)：0 xxxxJ)(3。 電力系統(tǒng)加權(quán)最小二乘法狀態(tài)估計(jì)求解)xh(zR)xh(zT)(1XJ求 達(dá)到最小值的矩陣向量)(XJx令0)(1XhzRxxhVTXX)(得令xh(x)H(x)得01)xh(z)Rx(HT第七章 EMS能量管理系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中，h（x）為非線性函數(shù)，這就需要迭代的方法求解。先假定狀態(tài)量初值為x（0），采用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的方法，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)可得?；炯訖?quán)最小二乘法狀態(tài)估計(jì)的迭代修正公式： 式中，為第l次迭代狀態(tài)修正向量；H為量測(cè)方程的雅可比矩陣。)xh(zRxH)xH()Rx(HxTT11

6、1(l)(l)(lxxx13。 電力系統(tǒng)加權(quán)最小二乘法狀態(tài)估計(jì)求解第七章 EMS能量管理系統(tǒng)牛頓拉夫遜解法進(jìn)行迭代修正，直到目標(biāo)函數(shù)接近于最小為止。所采用的迭代收斂判據(jù)可有（1） （2） 式中，下標(biāo)i表示向量x中分量的序號(hào)；x、J收斂標(biāo)準(zhǔn)。第一種標(biāo)準(zhǔn)最為常用，x可取基準(zhǔn)電壓的106104。xliix)(maxJllxJxJ)()()1()(第七章 EMS能量管理系統(tǒng) 狀態(tài)估計(jì)的過(guò)程狀態(tài)估計(jì)的過(guò)程 有修正輸入測(cè)量值修正結(jié)構(gòu)修正假定的模型假定（1）沒(méi)有結(jié)構(gòu)誤差（2）沒(méi)有不良數(shù)據(jù)（3）沒(méi)有參數(shù)誤差估計(jì)求出狀態(tài)估計(jì)值和殘差檢測(cè)是否有結(jié)構(gòu)誤差和不良數(shù)據(jù)識(shí)別確定不良數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)誤差的位置測(cè)量值前置濾波、極限

7、值校驗(yàn)等無(wú)結(jié)束第七章 EMS能量管理系統(tǒng) 加權(quán)最小二乘法狀態(tài)估計(jì)框圖加權(quán)最小二乘法狀態(tài)估計(jì)框圖 Y輸入測(cè)量信息給定初值l1計(jì)算H(x(l),h(x(l)計(jì)算HTR-1H計(jì)算HTR-1z-h(x(l)解非線性方程7415求x(l)及maxi|xi|l=l+1N第七章 EMS能量管理系統(tǒng)4。PQ分解法狀態(tài)估計(jì)PQ分解法狀態(tài)估計(jì)沿用穩(wěn)態(tài)潮流計(jì)算中PQ分解法的思路： 高壓系統(tǒng)有功功率主要與各結(jié)點(diǎn)電壓向量的角度有關(guān)； 無(wú)功功率主要受各節(jié)點(diǎn)電壓幅值影響。將雅可比矩陣進(jìn)行簡(jiǎn)化。第七章 EMS能量管理系統(tǒng) 電力系統(tǒng)中測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)誤差大約為正常測(cè)量范圍的0.52%，因此誤差大于3的測(cè)量值就可稱(chēng)為不良數(shù)據(jù)，實(shí)用

8、中通常把誤差達(dá)到（67）以上的數(shù)據(jù)稱(chēng)為不良數(shù)據(jù)。（五）不良數(shù)據(jù)的辨識(shí)第七章 EMS能量管理系統(tǒng)對(duì)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果 判斷是否存在不良數(shù)據(jù)并指出具體可疑量測(cè)數(shù)據(jù)的過(guò)程稱(chēng)之為不良數(shù)據(jù)檢測(cè)。 對(duì)檢測(cè)出的可疑數(shù)據(jù)驗(yàn)證真正不良數(shù)據(jù)的過(guò)程稱(chēng)之為不良數(shù)據(jù)的辨識(shí)。（五）不良數(shù)據(jù)的辨識(shí)第七章 EMS能量管理系統(tǒng)除了不良數(shù)據(jù)點(diǎn)的殘差呈現(xiàn)出超過(guò)檢測(cè)閾值外，還有一些正常測(cè)點(diǎn)的殘差也超過(guò)閾值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為殘差污染。在多個(gè)不良數(shù)據(jù)情況下，由于相互作用可能導(dǎo)致部分或全部不良數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)上的殘差近于正常殘差現(xiàn)象，這稱(chēng)為殘差淹沒(méi)。（五）不良數(shù)據(jù)的辨識(shí)第七章 EMS能量管理系統(tǒng) 不良數(shù)據(jù)辨識(shí)的思路： 檢測(cè)出不良數(shù)據(jù)； 找出這個(gè)不良數(shù)據(jù)；

9、在測(cè)量向量中將其排除； 再重新進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。（五）不良數(shù)據(jù)的辨識(shí)第七章 EMS能量管理系統(tǒng)排列、按序、試探法殘差搜索辨識(shí)法非二次準(zhǔn)則法零殘差法總體型估計(jì)辯識(shí)法逐次型估計(jì)辨識(shí)法（五）不良數(shù)據(jù)的辨識(shí)第七章 EMS能量管理系統(tǒng)三、實(shí)時(shí)調(diào)度與事故預(yù)想第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（一）靜態(tài)安全分析 (Security Analysis) 靜態(tài)安全分析功能對(duì)多種給定運(yùn)行方式(狀態(tài))進(jìn)行預(yù)想事故分析，對(duì)會(huì)引起線路過(guò)負(fù)荷、電壓越限和發(fā)電機(jī)功率越限等對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行構(gòu)成威脅的故障進(jìn)行警示，從而對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全水平進(jìn)行評(píng)估，找出系統(tǒng)運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)。三、實(shí)時(shí)調(diào)度與事故預(yù)想第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（二）網(wǎng)絡(luò)的化簡(jiǎn)與等值

10、GNIEB原網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)用集合N表示。欲化簡(jiǎn)掉的部分稱(chēng)為外部網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)集用E表示。保留部分網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)用保留集G表示。有G十EN。在保留集中和外部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)組成邊界節(jié)點(diǎn)集，用B表示。不和外部節(jié)點(diǎn)集關(guān)聯(lián)的部分為內(nèi)部節(jié)點(diǎn)集，用I表示， 第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（二）網(wǎng)絡(luò)的化簡(jiǎn)與等值 導(dǎo)納矩陣表示的網(wǎng)絡(luò)方程按I，B，E集合劃分，可以寫(xiě)出用分塊矩陣形式表示的網(wǎng)絡(luò)方程： 第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（二）網(wǎng)絡(luò)的化簡(jiǎn)與等值消去外部節(jié)點(diǎn)的電壓變量UE EBEEBEBBBBYYYYY1第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（二）網(wǎng)絡(luò)的化簡(jiǎn)與等值外部網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)等值 第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（二）網(wǎng)絡(luò)的化簡(jiǎn)與等值外部

11、網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)等值 定義 第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（二）網(wǎng)絡(luò)的化簡(jiǎn)與等值外部網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)等值內(nèi)部系統(tǒng) EQiPEQijQ等值支路 邊界節(jié)點(diǎn)等值注入聯(lián)絡(luò)線第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（三）預(yù)想事故分析 針對(duì)預(yù)先設(shè)定的電力系統(tǒng)元件(如線路、變壓器、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷和母線等)的故障及其組合，確定對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行產(chǎn)生的影響。預(yù)想事故分析的主要功能：（1）按調(diào)度員的需要方便地設(shè)定預(yù)想故障；（2）快速區(qū)分各種故障對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的危害程度；（3）準(zhǔn)確分析嚴(yán)重故障后的系統(tǒng)狀態(tài)，并能方便而直觀展示結(jié)果。第七章 EMS能量管理系統(tǒng) 預(yù)想事故分析內(nèi)容包括：1。故障定義 由軟件根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式等定義的事故集合，該集

12、合的元素可以由調(diào)度員根據(jù)需要進(jìn)行人工增刪或修改；第七章 EMS能量管理系統(tǒng)2。故障篩選 對(duì)故障定義的事故集合按事故發(fā)生的概率及嚴(yán)重性進(jìn)行排序，形成一個(gè)順序表，故障篩選的方法分直流法和交流法等；3。故障分析 對(duì)故障順序表中對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行構(gòu)成威脅的故障逐一進(jìn)行分析。第七章 EMS能量管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度與事故預(yù)想預(yù)想故障集合故障組故障主開(kāi)斷元件條件監(jiān)視元件條件開(kāi)斷元件規(guī)則集第七章 EMS能量管理系統(tǒng) 預(yù)想事故篩選1故障嚴(yán)重程度的性能指標(biāo)（1）有功功率行為指標(biāo)。該指標(biāo)用以衡量線路有功功率過(guò)負(fù)荷程度。表達(dá)式為： nalllPPPWPL2lim)(第七章 EMS能量管理系統(tǒng)1故障嚴(yán)重程度的性能指標(biāo)（2）電壓

13、-無(wú)功功率行為指標(biāo)。該指標(biāo)用以衡量無(wú)功和電壓的過(guò)負(fù)荷情況?？杀硎緸椋?limlimlimlimiiirQiiiiviUQQQQWuuuWPI第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（3）有功功率與無(wú)功功率綜合行為指標(biāo)：該指標(biāo)綜合了前兩種指標(biāo)，并考慮事故發(fā)生的可能性?？杀硎緸椋篴riiiQiiiviUQnlllpQQQWUUUWPPWpPI)()(limlimlimlim2lim第七章 EMS能量管理系統(tǒng)2用于故障掃描的快速計(jì)算方法 預(yù)想故障分析一般采用快速分解法 根據(jù)疊加原理，求開(kāi)斷支路ab后的網(wǎng)絡(luò)潮流解 Pbbpqb有 源線 性網(wǎng)絡(luò)Pq0+PPp0-PaPbb有 源線 性網(wǎng)絡(luò)ab有 源線 性網(wǎng)絡(luò)Pq0Pp

14、0a第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（四）安全約束調(diào)度 (Security Constrain Dispatch) 安全約束調(diào)度是在狀態(tài)估計(jì)、調(diào)度員潮流、靜態(tài)安全分析等軟件檢測(cè)出發(fā)電機(jī)、線路過(guò)負(fù)荷或電壓越限時(shí)，為電網(wǎng)調(diào)度提出安全對(duì)策。第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（四）安全約束調(diào)度 (Security Constrain Dispatch) 在以系統(tǒng)控制量調(diào)整最小或生產(chǎn)費(fèi)用最低或網(wǎng)損最小為目標(biāo)的前提下，提出解除系統(tǒng)有功、無(wú)功、電壓越限情況以使電網(wǎng)回到安全狀態(tài)的對(duì)策。如調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)出力、交換功率、負(fù)荷、變壓器分接頭擋位、無(wú)功功率補(bǔ)償量等。第七章 EMS能量管理系統(tǒng)（四）安全約束調(diào)度 (Security Co

15、nstrain Dispatch) 在以系統(tǒng)控制量調(diào)整最小或生產(chǎn)費(fèi)用最低或網(wǎng)損最小為目標(biāo)的前提下，提出解除系統(tǒng)有功、無(wú)功、電壓越限情況以使電網(wǎng)回到安全狀態(tài)的對(duì)策。如調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)出力、交換功率、負(fù)荷、變壓器分接頭擋位、無(wú)功功率補(bǔ)償量等。第七章 EMS能量管理系統(tǒng)四、自動(dòng)發(fā)電控制（Automatic Generation Control，簡(jiǎn)稱(chēng)AGC） 發(fā)電出力與負(fù)荷平衡； 保持系統(tǒng)頻率為額定值； 使凈區(qū)域聯(lián)絡(luò)線潮流與計(jì)劃相等； 最小化區(qū)域運(yùn)行成本。第七章 EMS能量管理系統(tǒng)四、自動(dòng)發(fā)電控制PGf機(jī)組分擔(dān)負(fù)荷預(yù)測(cè)機(jī)組組合水電計(jì)劃交換計(jì)劃發(fā)電計(jì)劃跟蹤控制調(diào)節(jié)控制機(jī)組控制調(diào)速器汽輪機(jī)發(fā)電計(jì)劃區(qū)域控制誤差電力系統(tǒng)第七章 EMS能量管理系統(tǒng)四、自動(dòng)發(fā)電控制AAtAAfPACEBBtBBfPACEdtfPKPAAtAAGA)(dtfPKPBBtBBGB